Highly Substituted Imidazole Derivatives from a New Four-Component Synthesis Employing Methoxyallene

Abstract

A novel four-component reaction of alkoxyallenes with imines, iodine, and nitriles provided highly substituted imidazole derivatives in high overall yields. The simple three step protocol, exemplified by the reaction of methoxyallene (1) with imine 2, acetonitrile, and iodine leading to iodoethenyl imidazole 6 is presented with full experimental detail. Imidazole 6 could be further functionalized by palladium-catalyzed couplings yet offering an entry into diversity-oriented synthesis.

allenes - imines - nitriles - imidazoles - alkynes - palladium catalysis

References

Reviews:

1a Zimmer R. Synthesis  1993,  165 

1b Zimmer R. Khan FA. J. Prakt. Chem.  1996,  338:  92 

1c Reissig H.-U. Hormuth S. Schade W. Okala Amombo MG. Watanabe T. Pulz R. Hausherr A. Zimmer R. J. Heterocycl. Chem.  2000,  37:  597 

1d Reissig H.-U. Schade W. Okala Amombo MG. Pulz R. Hausherr A. Pure Appl. Chem.  2002,  74:  175 

1e Zimmer R. Reissig H.-U. In Modern Allene Chemistry   Vol. 2:  Krause N. Hashmi ASK. Wiley-VCH; Weinheim: 2004.  p.847 

2a Hoff S. Brandsma L. Arens JF. Recl. Trav. Chim. Pays-Bas  1969,  88:  609 

2b Gange D. Magnus P. J. Am. Chem. Soc.  1978,  100:  7746 

2c Hormuth S. Reissig H.-U. J. Org. Chem.  1994,  59:  67 

2d Flögel O. Reissig H.-U. Eur. J. Org. Chem.  2004,  2797 

2e Brasholz M. Reissig H.-U. Synlett  2007,  1294 

3a Al-Harrasi A. Reissig H.-U. Angew. Chem. Int. Ed.  2005,  44:  6227 ; Angew. Chem. 2005, 117, 6383

3b Sörgel S. Azap C. Reissig H.-U. Org. Lett.  2006,  8:  4875 

3c Brasholz M. Reissig H.-U. Angew. Chem. Int. Ed.  2007,  47:  1634 ; Angew. Chem. 2007, 119, 1659

4a Okala Amombo MG. Hausherr A. Reissig H.-U. Synlett  1999,  1871 

4b Pulz R. Watanabe T. Schade W. Synlett  2000,  983 

4c Breuil-Desvergnes V. Goré J. Tetrahedron  2001,  57:  1939 

4d Breuil-Desvergnes V. Goré J. Tetrahedron  2001,  57:  1951 

4e Pulz R. Al-Harrasi A. Reissig H.-U. Org. Lett.  2002,  4:  2353 

4f Flögel O. Okala Amombo MG. Reissig H.-U. Zahn G. Brüdgam I. Hartl H. Chem. Eur. J.  2003,  9:  1405 

4g Flögel O. Reissig H.-U. Synlett  2004,  895 

4h Kaden S. Brockmann M. Reissig H.-U. Helv. Chim. Acta  2005,  88:  1826 

4i Kaden S. Reissig H.-U. Brüdgam I. Hartl H. Synthesis  2006,  1351 

4j Chowdhury MA. Reissig H.-U. Synlett  2006,  2383 

4k Kaden S. Reissig H.-U. Org. Lett.  2006,  8:  4763 

5a Flögel O. Dash J. Brüdgam I. Hartl H. Reissig H.-U. Chem. Eur. J.  2004,  10:  4283 

5b Flögel O, and Reissig H.-U. inventors; German Patent DE  10336497. 

6a Schade W. Reissig H.-U. Synlett  1999,  632 

6b Pulz R. Cicchi S. Brandi A. Reissig H.-U. Eur. J. Org. Chem.  2003,  1153 

6c Helms M. Schade W. Pulz R. Watanabe T. Al-Harrasi A. Fisera L. Hlobilová I. Zahn G. Reissig H.-U. Eur. J. Org. Chem.  2005,  1003 

For an alternative approach to synthetically very versatile 1,2-oxazine derivatives, see:

6d Zimmer R. Reissig H.-U. Angew. Chem., Int. Ed. Engl.  1988,  27:  1518 ; Angew. Chem. 1988, 100, 1576

6e Hippeli C. Zimmer R. Reissig H.-U. Liebigs Ann. Chem.  1990,  469 

6f Hippeli C. Reissig H.-U. Liebigs Ann. Chem.  1990,  475 

6g Reissig H.-U. Hippeli C. Arnold T. Chem. Ber.  1990,  123:  2403 

7 For a review on Nazarov cyclizations of alkoxyallene derived compounds, see: Tius MA. Eur. J. Org. Chem.  2005,  2193 

8 Gwiazda M. Reissig H.-U. Synlett  2006,  1683 ; see also: Snieckus, V.; Zhao, Y. Synfacts 2006, 1110

Accounts on multicomponent reactions:

9a Dömling A. Ugi I. Angew. Chem. Int. Ed.  2000,  39:  3168 ; Angew. Chem. 2000, 112, 3300

9b Zhu J. Eur. J. Org. Chem.  2003,  1133 

9c Zhu J. Bienaymé H. In Multicomponent Reactions   Wiley-VCH; Weinheim: 2005. 

9d Doemling A. Chem. Rev.  2006,  106:  17 

10 For a review on the Ritter reaction, see: Krimen LI. Cota DJ. Org. React.  1969,  17:  213 

11a Sonogashira K. Tohda Y. Hagihara N. Tetrahedron Lett.  1975,  4467 

11b Sonogashira K. J. Organomet. Chem.  2002,  653:  46 

11c For a recent review, see: Chinchilla R. Nájera C. Chem. Rev.  2007,  107:  874 

12 Buettelmann B, Ceccarelli SM, Jaeschke G, Klczewski S, Porter RHP, and Vieri E. inventors; WO Patent WO  2005118568. 

Selected original publications:

13a Lambardino JG. Wiesman EH. J. Med. Chem.  1974,  17:  1182 

13b Tsuji S. Rinehart KL. J. Org. Chem.  1988,  53:  5446 

13c Sakemi S. Sun HH. J. Org. Chem.  1991,  56:  4304 

13d Lee JC. Laydon JT. McDonnel PC. Gallagher TF. Kumar S. Green D. McNulty D. Blumenthal MJ. Heys JR. Landvatter SW. Strickler JE. Mclaughlin MM. Siemens IR. Fisher SM. Livi GP. White JR. Adams JL. Young PR. Nature  1994,  372:  739 

13e Boehm JC. Smietana JM. Sorenson ME. Garigipati RS. Gallagher TF. Sheldrake PL. Bradbeer J. Badger AM. Laydon JT. Lee JC. Hillegass LM. Griswold DE. Breton JJ. Chabot-Fletcher MC. Adams JL. J. Med. Chem.  1996,  39:  3929 

13f McLay IM. Halley F. Souness JE. McKenna J. Benning V. Birrell M. Burton B. Belvisi M. Collis A. Constan A. Foster M. Hele D. Jayyosi Z. Kelley M. Maslen C. Miller G. Ouldelhkim M.-L. Page K. Phipps S. Pollock K. Porter B. Ratcliffe AJ. Redford EJ. Webber S. Slater B. Thybaud V. Wilsher N. Bioorg. Med. Chem.  2001,  9:  537 

13g Williams DR. Lee M.-R. Song Y.-A. Ko S.-K. Kim G.-H. Shin I. J. Am. Chem. Soc.  2007,  129:  9258 

14a Schilling K, and Dietz E. inventors; Hoechst AG, German Patent DE 1  188229.  ; Chem. Abstr. 1961, 61, 25911

14b Langhals H. Jaschke H. Ring U. Unold P. Angew. Chem. Int. Ed.  1999,  38:  201 ; Angew. Chem. 1999, 111, 143

15

Several of the imidazole derivatives of type 6 are highly fluorescent: Gwiazda, M.; Reissig, H.-U., unpublished results.

Reviews:

16a Grimmett MR. In Comprehensive Heterocyclic Chemistry   Vol. 5:  Katritzky AR. Rees CW. Pergamon Press; London: 1984.  p.374 

16b Grimmet MR. In Comprehensive Heterocyclic Chemistry II   Vol. 3:  Katritzky AR. Rees CW. Scriven EFV. Pergamon Press; Oxford: 1996.  p.77 

16c Grimmett MR. In Science of Synthesis   Vol. 12:  Neier R. Thieme Verlag; Stuttgart: 2002.  p.325 

16d Kamijo S. Yamamoto Y. Chem. Asian J.  2007,  2:  568 

Selected new synthetic methods:

16e Sisko J. J. Org. Chem.  1998,  63:  4529 

16f See also: Fresneda PM. Molina P. Sanz MA. Synlett  2001,  218 

16g See also: Zhong YL. Lee J. Reamer RA. Askin D. Org. Lett.  2004,  6:  929 

16h See also: Langhammer I. Erker T. Heterocycles  2005,  65:  1975 

16i See also: Bellina F. Cauteruccio S. Mannina L. Rossi R. Viel S. Eur. J. Org. Chem.  2006,  693 

17 For an interesting approach to highly substituted imidazoles which employs a dilithiated allene derivative and nitriles, see: Langer P. Döring M. Seyferth D. Görls H. Eur. J. Org. Chem.  2003,  1948